用FPGA替代DSP实现即时图像和视频处理

用FPGA替代DSP实现即时图像和视频处理

实时图像和视频处理功能

　　标准DSP自身性能上的缺陷促进了专门解决此难题的专用设计芯片(如媒体处理器)的发展。但是，这些组件极低的灵活度往往使其局限于非常有限的应用中并容易产生性能瓶颈。在高分辨率系统(如HDTV和医疗成像系统)中，基于处理器的方法受到的限制尤为明显。从根本上讲，处理器的分辨率受限于分配给滤波器每个抽头或每个转换阶段时钟周期的数目。一旦达到极限条件，通常除了增加额外的DSP部件外别无选择。FPGA可以藉由定制调整提供最具实用价值的高性能高效率产品。设计人员可在适用范围和速率之间进行折衷考虑，从而以比DSP时钟低得多的速率实现指定功能。

　　例如Visicom公司发现，在中值滤波器应用中[3]，DSP处理器需要67个时钟周期执行算法，而FPGA只需工作在25MHz频率下，因为FPGA能平行实现该功能。实现上述功能的DSP必须工作在1.5GHz频率下，可见在此特定应用中，FPGA解决方案的处理能力可以达到100MHz DSP处理器的17倍。

　　许多实时图像和视频处理功能均适合于用FPGA组件来实现，包括：图像旋转、图像缩放色彩校正和色度校正、阴影增强、边缘检测、直方图功能、锐化、中值滤波器和斑点分析等。

　　许多功能都针对特定的应用和系统，并构建在核心架构(如2D-FIR滤波器)之上。我们可以利用HDL设计语言或高级内核设计工具(如Xilinx CoreGen软件)中的DSP程序块迅速实现这些功能。此外，还能藉由系统级设计方法，利用Matlabs Simulink和Xilinx SystemGenerator工具进一步减少设计和模拟时间。